專(zhuān)利名稱(chēng)：液晶顯示裝置、以及使用液晶顯示層的投影型顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用其上投射有圖像以供顯示的液晶板的投影型顯示器，例如投影儀、背投電視機(jī)等，以及用于該投影型顯示器的液晶顯示器及微透鏡陣列。
本申請(qǐng)要求享有2004年6月23日在日本專(zhuān)利局遞交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)No.2004-185381的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)?jiān)诖巳堪鲄⒖肌?br>
背景技術(shù)：
到目前為止，已經(jīng)提出了這樣的液晶投影儀及液晶投影型電視機(jī)，其中用作光開(kāi)關(guān)裝置的液晶顯示板上的圖像通過(guò)投影光學(xué)系統(tǒng)以放大的比例被投射在屏幕上以便進(jìn)行顯示。這些設(shè)備薄、重量輕并且能夠顯示清晰圖像。
1998年日本專(zhuān)利公開(kāi)No.161097(在此也稱(chēng)作“專(zhuān)利文獻(xiàn)1”)中已經(jīng)提出了一種能夠顯示較清晰的投影圖像的液晶顯示器。圖1示意性地示出了專(zhuān)利文獻(xiàn)1中披露的液晶顯示器。液晶顯示器通常由附圖標(biāo)記100表示，并包括分色鏡112B、112R和112G，其將白光源發(fā)出的入射在其上的白色平行光L1分成藍(lán)(B)光、紅(R)光和綠(G)光；用于加強(qiáng)由分色鏡112B、112R和112G分離的每個(gè)B光、R光和G光的LCD(液晶顯示)板120；以及用于將來(lái)自L(fǎng)CD板120的B光、R光和G光會(huì)聚并混合到屏幕140上的投影透鏡130，如圖1所示。
分色鏡112B、112R和112G彼此成小角度被固定。分色鏡將白光L1分成以不同角度分別入射在LCD板120上的B光、R光和G光。
如圖所示，LCD板120包括具有形成在其上的多個(gè)像素電極的像素基板121；具有形成在其上的相對(duì)電極和微透鏡的相對(duì)基板122；以及設(shè)置在像素基板121和相對(duì)基板122之間的液晶層123。
圖2為液晶顯示器100中包含的LCD板120的截面結(jié)構(gòu)的放大示意圖。如圖2所示，像素基板121包括玻璃基板121a；從底部到頂部規(guī)則設(shè)置在玻璃基板121a一側(cè)上的B光、R光和G光像素電極121B、121R和121G；以及形成在玻璃基板121a上并包括用作根據(jù)圖像信號(hào)為每個(gè)像素電極121B、121R和121G施加電壓的開(kāi)關(guān)裝置的TFT等(未示出)的黑色矩陣121b。每個(gè)TFT具有例如由多晶硅形成的柵極、漏極和源極(未示出)。這些電極中，柵極與圖中垂直延伸的地址線(xiàn)相連，源極與垂直于圖面延伸的數(shù)據(jù)線(xiàn)相連，并且漏極與每個(gè)像素電極121B、121R和121G相連。通過(guò)為由地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)所選擇的像素電極選擇性地施加圖像信號(hào)電壓，液晶層123中像素電極和相對(duì)電極122d之間的液晶分子的配向被改變，從而改變了通過(guò)該液晶分子的光的偏振方向。
另一方面，相對(duì)基板122包括玻璃基板122a、形成在玻璃基板122a一端上的微透鏡陣列122b、鄰近微透鏡陣列122b設(shè)置的玻璃蓋板122c以及形成在玻璃蓋板122c上的相對(duì)電極122d。
相對(duì)電極122d為形成在玻璃蓋板122c上方或其必要區(qū)域上的透明電極，并具有固定電壓。
微透鏡陣列122b是通過(guò)例如選擇離子擴(kuò)散方法形成的折射率漸變透鏡。組成微透鏡陣列122b的每個(gè)微透鏡(ML)通常被形成為半圓柱形透鏡，其軸垂直于圖面延伸。然而，微透鏡也可以是普通的球面透鏡或類(lèi)似于球面透鏡的曲面透鏡。
作為參考，在像素基板121上由分別為三個(gè)像素電極121B、121R和121G設(shè)置的微透鏡形成微透鏡陣列122b。從三個(gè)不同方向入射在微透鏡上的B、R和G光分別通過(guò)液晶層123被會(huì)聚以入射在像素電極121B、121R和121G上。
在上述構(gòu)造的液晶顯示器100中，以對(duì)應(yīng)TFT像素間距的間距設(shè)置的微透鏡分別與TFT像素逐一關(guān)聯(lián)，以便使應(yīng)當(dāng)被TFT光屏蔽反射而不會(huì)通過(guò)TFT光屏蔽的光偏振，進(jìn)而提高透射率。
通常，投影儀具有兩種性能高透射率和高對(duì)比度。在液晶顯示器100中，設(shè)置的微透鏡陣列122允許采用較小的TFT，這能使透射率下降。因此，液晶顯示器100能夠?qū)崿F(xiàn)高的圖像清晰度、透射率以及較小的整體設(shè)計(jì)。
在這種連接關(guān)系中，投射到液晶顯示器中的光的偏振取決于與LCD板中填充的液晶分子的配向方向相關(guān)地形成的光入射角。更特別地，傾斜入射到LCD板中的正偏振光由于液晶的雙折射而成橢圓偏振光出射，使得僅有一部分應(yīng)當(dāng)出射的光出射，進(jìn)而導(dǎo)致了較低的對(duì)比度。特別地，設(shè)置在液晶顯示器中的微透鏡陣列引起入射光以增加的角度擴(kuò)散到液晶層，這將引起非常低的對(duì)比度。
在日本專(zhuān)利公開(kāi)No.2001-174776(專(zhuān)利文獻(xiàn)2)中已經(jīng)提出了一種用以改善液晶顯示器中圖像對(duì)比度的光補(bǔ)償技術(shù)。該專(zhuān)利文獻(xiàn)2中披露的光補(bǔ)償技術(shù)是這樣的，具有能夠消除LCD板雙折射影響的光學(xué)特性的光補(bǔ)償薄膜被設(shè)置在液晶顯示器中以抑制圖像對(duì)比度隨光的入射角變化，即所謂的對(duì)比度對(duì)視角的依賴(lài)性。光學(xué)補(bǔ)償薄膜也能夠很好地補(bǔ)償以極限角入射的光的相位差，所以對(duì)其中具有微透鏡的液晶顯示器施用該技術(shù)能夠提高圖像對(duì)比度。
在“Liquid Crystal-Technique for Increasing Angle of Visibility of TFT-LCDby Discotic Optical Compensation Film-Vol.16，No.1”中披露了利用諸如光學(xué)補(bǔ)償膜的光學(xué)補(bǔ)償元件所引起的視角改進(jìn)的效果。
因?yàn)槌Ｒ?guī)液晶投影儀中使用的微透鏡被設(shè)計(jì)以提供適于透射的最適宜的條件，微透鏡和光學(xué)補(bǔ)償元件的結(jié)合不能確保根據(jù)具體情況所應(yīng)有的適宜的對(duì)比度。例如，在1996年的日本專(zhuān)利公開(kāi)No.86901(專(zhuān)利文獻(xiàn)3)中披露了確保高透射率的微透鏡的設(shè)計(jì)值。可是，在所披露的技術(shù)中，給出了關(guān)于透射率的主要考慮。
發(fā)明內(nèi)容
因此，期望克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，通過(guò)提供一種能夠在提供光學(xué)補(bǔ)償元件的情況中最大程度改進(jìn)對(duì)比度的微透鏡陣列、液晶顯示器以及配備光學(xué)補(bǔ)償元件的投影型顯示器。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種在基板上二維設(shè)置多個(gè)微透鏡的微透鏡陣列，其中微透鏡的焦距f與從微透鏡的主表面到光入射其上的基板表面之間的距離Ts滿(mǎn)足以下關(guān)系X＝Ts/PY＝f/P在上述微透鏡中，以間距P設(shè)置微透鏡，而(X，Y)處于由點(diǎn)組(0.75，1.00)、(0.75，1.25)、(1.00，1.75)、(1.75，2.50)、(2.25，2.50)、(2.25，2.00)、(1.50，1.25)、(1.00，1.00)所圍繞到X-Y坐標(biāo)系中。
同樣，根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，提供一種液晶顯示器，包括其上形成有像素電極的像素基板，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)為像素電極施加信號(hào)電壓；具有相對(duì)電極的相對(duì)基板，對(duì)電極關(guān)于置于對(duì)電極和像素電極之間的液晶層與像素電極相對(duì)設(shè)置；以及其中在相對(duì)基板上二維設(shè)置有多個(gè)微透鏡的微透鏡陣列；微透鏡的焦距f與從微透鏡的主表面到光入射其上的基板表面之間的距離Ts滿(mǎn)足以下關(guān)系X＝Ts/PY＝f/P在上述液晶顯示器中，以間距P設(shè)置微透鏡，而(X，Y)處于由點(diǎn)組(0.75，1.00)、(0.75，1.25)、(1.00，1.75)、(1.75，2.50)、(2.25，2.50)、(2.25，2.00)、(1.50，1.25)、(1.00，1.00)所圍繞到X-Y坐標(biāo)系中。
同樣，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種投影型顯示器，包括光源；用于將光源發(fā)出的光束會(huì)聚在預(yù)定光路上的照明(lighting)光學(xué)系統(tǒng)；對(duì)照明光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚的光束進(jìn)行光學(xué)調(diào)制度液晶板；和用于以放大的比例投射經(jīng)過(guò)液晶單元光學(xué)調(diào)制的光束的投影透鏡；包括在基板上二維設(shè)置有多個(gè)微透鏡的微透鏡陣列的照明光學(xué)系統(tǒng)，以及微透鏡的焦距f與從微透鏡的主表面到光入射其上的基板表面之間的距離Ts滿(mǎn)足以下關(guān)系X＝Ts/PY＝f/P在上述投影型顯示器中，以間距P設(shè)置微透鏡，而(X，Y)處于由點(diǎn)組(0.75，1.00)、(0.75，1.25)、(1.00，1.75)、(1.75，2.50)、(2.25，2.50)、(2.25，2.00)、(1.50，1.25)、(1.00，1.00)所圍繞到X-Y坐標(biāo)系中。
根據(jù)本發(fā)明，微透鏡的焦距f和覆蓋層的厚度Ts滿(mǎn)足以下關(guān)系X＝Ts/PY＝f/P根據(jù)本發(fā)明，以間距P設(shè)置微透鏡，而(X，Y)處于由點(diǎn)組(0.75，1.00)、(0.75，1.25)、 (1.00，1.75)、(1.75，2.50)、(2.25，2.50)、(2.25，2.00)、(1.50，1.25)、(1.00，1.00)所圍繞到X-Y坐標(biāo)系中。
根據(jù)本發(fā)明，能夠減少入射在疇上的光。因此，能夠防止由于光透射過(guò)所述疇所引起的圖像對(duì)比度的降低。
結(jié)合附圖，本發(fā)明的前述和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)以下本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述變得清楚。
圖1為用于使投影儀投射的圖像清晰化的常規(guī)液晶顯示器的側(cè)視圖。
圖2為常規(guī)液晶顯示器中所使用的LCD板的截面結(jié)構(gòu)的放大截面圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的液晶投影儀的側(cè)視圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的液晶投影儀中使用的液晶顯示器的側(cè)視圖。
圖5為示出了每個(gè)像素與微透鏡的間距P之間關(guān)系的透視圖。
圖6A、6B、6C和6D為從其上形成有微透鏡陣列的玻璃基板延伸到玻璃蓋板的系統(tǒng)的截面圖。
圖7示出了液晶層中液晶分子對(duì)疇的配向依賴(lài)性的模擬結(jié)果。
圖8為示出了疇發(fā)生的平面圖。
圖9解釋了設(shè)計(jì)微透鏡中使用的參數(shù)。
圖10示出了用矩陣表示的光追蹤模擬結(jié)果，所述矩陣由以0.25間距設(shè)置的點(diǎn)X和Y所形成。
圖11A和11B示出了在液晶投影儀中設(shè)置其中設(shè)有微透鏡陣列的液晶顯示器時(shí)，一個(gè)像素內(nèi)光強(qiáng)分布的模擬結(jié)果。
圖12示出了測(cè)量的對(duì)比度模擬結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。所述實(shí)施例為本發(fā)明在三板型液晶投影儀中的應(yīng)用，所述投影儀利用分別適用于紅(R)光、藍(lán)(B)光和綠(G)光的透射型液晶板投射全色圖像。
通常由附圖標(biāo)記1表示的液晶投影儀用于將圖像投射在外部屏幕上。如圖3所示，投影儀包括發(fā)光光源51；沿著光源51發(fā)出的光的行進(jìn)路徑第一和第二微透鏡陣列52和53，其中在每個(gè)透鏡陣列中例如四方地設(shè)置多個(gè)透鏡單元，透鏡單元分別具有在附圖中通常等于液晶層的有效開(kāi)口區(qū)域的縱橫比的輪廓；用于沿預(yù)定方向起偏來(lái)自第二微透鏡陣列53的光的PS合成樹(shù)脂54；用于會(huì)聚已經(jīng)通過(guò)PS合成樹(shù)脂54的光的會(huì)聚透鏡55；以及用于根據(jù)波長(zhǎng)分離光的第一分色鏡56。
光源51發(fā)射包含投射全色圖像所必需的紅色、藍(lán)色和綠色(三原色)組分的白光。光源51包括白光發(fā)射器51a以及反射發(fā)光器51a發(fā)出的光的反射器51b。光源51的發(fā)光器51a是具有包含水銀成分的氣體的放電燈，例如超高壓汞燈等。光源51的反射器51b為凹形反射鏡，其具有成形為具有高聚光系數(shù)的反射鏡表面。同樣，反射鏡51b被成形為具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)表面，諸如例如旋轉(zhuǎn)拋物面或旋轉(zhuǎn)橢圓面。
第一微透鏡陣列52具有面積等于液晶層有效面積的形狀以便與第二微透鏡陣列53一起均勻地照亮液晶層的有效區(qū)域，這將在后面詳細(xì)描述，進(jìn)而均勻地分布光強(qiáng)。第一微透鏡陣列52具有以陣列形式設(shè)置的多個(gè)小透鏡元件的結(jié)構(gòu)。第一微透鏡陣列52的每個(gè)小透鏡元件會(huì)聚光源51發(fā)出的光以產(chǎn)生小的點(diǎn)光源，而第二微透鏡陣列53混合多個(gè)點(diǎn)光源的照明光。
會(huì)聚透鏡55為用于調(diào)節(jié)光點(diǎn)直徑以便按照預(yù)定的偏振方向?qū)S合成樹(shù)脂54控制的光更高效率地投射在液晶層開(kāi)口區(qū)域上的凸透鏡。
通過(guò)在玻璃基板等的主表面上形成多個(gè)電介質(zhì)膜，制成第一分色鏡56。即，第一分色鏡為其上涂覆有所謂的分色涂層的波長(zhǎng)選擇反射鏡。
第一分色鏡56相對(duì)于入射在會(huì)聚透鏡55上的光的光路成45度角垂直設(shè)置，以允許從會(huì)聚透鏡55入射的藍(lán)色和綠色分量的光通過(guò)，并通過(guò)近乎垂直地反射紅色分量光而將紅色分量光的方向改變90度。
沿著第一分色鏡56分離的紅光的行進(jìn)光路，液晶投影儀1包括用于對(duì)光實(shí)行全反射的折轉(zhuǎn)反射鏡57；用于會(huì)聚光的第一場(chǎng)透鏡58R；用于僅允許沿預(yù)定方向偏振的光分量通過(guò)的第一入射側(cè)偏振片59R；用于對(duì)光進(jìn)行空間調(diào)制的液晶顯示裝置3R；用于補(bǔ)償從液晶顯示裝置3R發(fā)出的光的相位的光補(bǔ)償元件60R；以及僅允許沿預(yù)定方向偏振的光分量通過(guò)的第一出射側(cè)偏振片61R。
折轉(zhuǎn)反射鏡57為全反射反射鏡，其通過(guò)垂直反射第一分色鏡56所反射的光而將光的方向改變90度。折轉(zhuǎn)反射鏡相對(duì)于反射的紅光光路成45度角垂直設(shè)置。因此，折轉(zhuǎn)反射鏡57能夠朝第一場(chǎng)透鏡58R反射紅光。
第一場(chǎng)透鏡58R為與會(huì)聚透鏡55一起構(gòu)成照明光學(xué)系統(tǒng)的會(huì)聚透鏡。第一物鏡將折轉(zhuǎn)反射鏡57反射的紅光輸出至第一入射側(cè)偏振片59R，并將該光會(huì)聚到液晶顯示裝置3R上。
第一入射側(cè)偏振片59R用于僅允許來(lái)自第一場(chǎng)透鏡58R在預(yù)定方向偏振的紅光分量通過(guò)。第一入射側(cè)偏振片59R沿著與液晶顯示裝置3R入射側(cè)基板表面?zhèn)鹊囊壕Х肿拥呐湎蚍较蛳嗤姆较蛟O(shè)置。
液晶顯示裝置3R為使用液晶分子的透射板。在兩個(gè)透明基板(未示出)中填充液晶分子。如上所述構(gòu)造的液晶顯示裝置3R空間調(diào)制通過(guò)第一入射側(cè)偏振片59R入射的紅光，并根據(jù)對(duì)應(yīng)紅色圖像信息所施加的圖像信號(hào)改變液晶分子的狀態(tài)而允許紅光通過(guò)。液晶顯示裝置3R具有通常形成為矩形的入射表面，以對(duì)應(yīng)常規(guī)寬度大于高度的矩形投影圖像。
光學(xué)補(bǔ)償元件60R具有能夠消除液晶顯示裝置3R的雙折射影響的光學(xué)特性。該光學(xué)補(bǔ)償元件60R能夠抑制圖像對(duì)比度根據(jù)光的入射角變化，即抑制所謂的對(duì)比度對(duì)視角的依賴(lài)性。
第一出射側(cè)偏振片61R僅允許液晶顯示裝置3R所調(diào)制的紅光中指向垂直于第一入射側(cè)偏振片59R的方向的分量通過(guò)。第一出射側(cè)偏振片61R沿著與在液晶顯示裝置3R的出射側(cè)基板表面上的液晶分子配向方向相同的方向設(shè)置。更特別地，第一出射側(cè)偏振片61R被設(shè)置以具有垂直于第一出射側(cè)偏振片59R光透射軸的光透射軸，即與第一入射側(cè)偏振片59R具有所謂的正交尼科耳關(guān)系。
液晶投影儀1進(jìn)一步包括沿著被第一分色鏡56分離的其他顏色光(即藍(lán)光和綠光)的光路根據(jù)波段分離入射光的第二分色鏡65。
第二分色鏡65將入射光分離為藍(lán)光和其它顏色的光，即綠光。
第二分色鏡65相對(duì)于從第一分色鏡56入射的光的光路成45度角垂直設(shè)置，以允許來(lái)自第一分色鏡56的入射光的藍(lán)光分量通過(guò)，并將綠色分量的方向改變90度。
沿著被第二分色鏡65分離的綠光的行進(jìn)方向，液晶投影儀1進(jìn)一步包括用于會(huì)聚光的第二場(chǎng)透鏡58G、僅允許沿預(yù)定方向偏振的光分量通過(guò)的第二入射側(cè)偏振片59G、對(duì)光進(jìn)行空間調(diào)制的液晶顯示裝置3G、用于補(bǔ)償來(lái)自液晶顯示裝置3G的光的相位的光補(bǔ)償元件60G以及僅允許沿預(yù)定方向偏振的光分量通過(guò)的第二出射側(cè)偏振片61G。
第二場(chǎng)透鏡58G為與會(huì)聚透鏡55一起構(gòu)成照明光學(xué)系統(tǒng)的會(huì)聚透鏡。第二物鏡將第二分色鏡65反射的綠光輸出至第二入射側(cè)偏振片59G，并將光會(huì)聚到液晶顯示裝置3G上。
第二入射側(cè)偏振片59G用于僅允許來(lái)自第二場(chǎng)透鏡58G的沿預(yù)定方向偏振的綠光分量通過(guò)。第二入射側(cè)偏振片59G沿著與液晶顯示裝置3G入射側(cè)基板側(cè)的液晶分子的配向方向相同的方向設(shè)置。
液晶顯示裝置3G為使用液晶分子的透射板。在兩個(gè)透明基板(未示出)中填充液晶分子。如上所述構(gòu)造的液晶顯示裝置3G空間調(diào)制通過(guò)第二入射側(cè)偏振片59G入射的綠光，并根據(jù)對(duì)應(yīng)綠色圖像信息所施加的圖像信號(hào)改變液晶分子的狀態(tài)而允許綠光通過(guò)。液晶顯示裝置3G具有通常形成為矩形的入射表面，以對(duì)應(yīng)常規(guī)寬度大于高度的矩形投影圖像。
光學(xué)補(bǔ)償元件60G具有能夠消除液晶顯示裝置3G的雙折射影響的光學(xué)特性。該光學(xué)補(bǔ)償元件60G能夠抑制圖像對(duì)比度根據(jù)光的入射角變化，即抑制所謂的對(duì)比度對(duì)視角的依賴(lài)性。
第二出射側(cè)偏振片61G僅允許液晶顯示裝置3G調(diào)制的綠光中指向垂直于第二入射側(cè)偏振片59G的方向的分量通過(guò)。第二出射側(cè)偏振片61G沿著與在液晶顯示裝置3G的出射側(cè)基板表面上的液晶分子的配向方向相同的方向設(shè)置。更特別地，第二出射側(cè)偏振片61G被設(shè)置以具有與第二出射側(cè)偏振片59G的光透射軸垂直的光透射軸，即與第二入射側(cè)偏振片59G具有所謂的正交尼科耳關(guān)系。
沿著被第二分色鏡65分離的藍(lán)光的行進(jìn)路線(xiàn)，液晶投影儀1進(jìn)一步包括用于對(duì)入射光實(shí)行全反射的折轉(zhuǎn)反射鏡66；用于糾正光路長(zhǎng)度的延遲透鏡67；用于對(duì)入射光實(shí)行全反射的折轉(zhuǎn)反射鏡68；用于會(huì)聚光的第三場(chǎng)透鏡58B；用于僅允許沿預(yù)定方向偏振的入射光分量通過(guò)的第三入射側(cè)偏振片59B；用于空間調(diào)制入射光的液晶顯示裝置3B；用于補(bǔ)償來(lái)自液晶顯示裝置3B的光相位的光補(bǔ)償元件60B；以及用于僅允許沿預(yù)定方向偏振的入射光光分量通過(guò)的第三出射側(cè)偏振片61B。
折轉(zhuǎn)反射鏡66為全反射反射鏡，其通過(guò)垂直反射第二分色鏡65所反射的藍(lán)光而將光的方向改變90度。折轉(zhuǎn)反射鏡66相對(duì)于被分色鏡65的反射的藍(lán)光的光路成45度角垂直設(shè)置。因此，折轉(zhuǎn)反射鏡66能夠向延遲透鏡67反射來(lái)自第二分色鏡65的藍(lán)光。
延遲透鏡67協(xié)同會(huì)聚透鏡55調(diào)節(jié)光路長(zhǎng)度，以便將折轉(zhuǎn)反射鏡66所反射的藍(lán)光引至折轉(zhuǎn)反射鏡68。
注意到，因?yàn)榈竭_(dá)藍(lán)光液晶顯示裝置3B的光路分別長(zhǎng)于到紅光液晶顯示裝置3R和綠光液晶顯示裝置3G的光路，故延遲透鏡67調(diào)節(jié)到達(dá)藍(lán)光液晶顯示裝置3B的光路長(zhǎng)度以準(zhǔn)確地引導(dǎo)藍(lán)光聚焦在液晶顯示裝置3B上。
折轉(zhuǎn)反射鏡68為通過(guò)垂直反射藍(lán)光將來(lái)自延遲透鏡67的藍(lán)光的行進(jìn)方向改變90度的全反射反射鏡。折轉(zhuǎn)反射鏡相對(duì)于來(lái)自延遲透鏡67的藍(lán)光光路成45度角垂直設(shè)置。因此，折轉(zhuǎn)反射鏡68能夠向第三場(chǎng)透鏡58B反射來(lái)自延遲透鏡67的藍(lán)光。
第三場(chǎng)透鏡58B為與會(huì)聚透鏡55一起構(gòu)成照明光學(xué)系統(tǒng)的會(huì)聚透鏡。第三物鏡將折轉(zhuǎn)反射鏡68反射的藍(lán)光輸出至第三入射側(cè)偏振片59B，并將光會(huì)聚到液晶顯示裝置3B上。
第三入射側(cè)偏振片59B用于僅允許來(lái)自第三場(chǎng)透鏡58B沿預(yù)定方向偏振的藍(lán)光分量通過(guò)。第三入射側(cè)的偏振片59B沿著與液晶顯示裝置3B入射側(cè)基板側(cè)的液晶分子的配向方向相同的方向設(shè)置。
液晶顯示裝置3B為使用液晶分子的透射板。在兩個(gè)透明基板(未示出)中填充液晶分子。如上所述構(gòu)造的液晶顯示裝置3B空間調(diào)制通過(guò)第三入射側(cè)偏振片59B入射的藍(lán)光，并根據(jù)對(duì)應(yīng)藍(lán)色圖像信息所施加的圖像信號(hào)改變液晶分子的狀態(tài)而允許藍(lán)光通過(guò)。液晶顯示裝置3B具有通常形成為矩形的入射表面，以常規(guī)對(duì)應(yīng)寬度大于高度的矩形投影圖像。
光學(xué)補(bǔ)償元件60B具有能夠消除液晶顯示裝置3B的雙折射影響的光學(xué)特性。該光學(xué)補(bǔ)償元件60B能夠抑制圖像對(duì)比度根據(jù)光的入射角變化，即抑制所謂的對(duì)比度對(duì)視角的依賴(lài)性。
第三出射側(cè)偏振片61B僅允許液晶顯示裝置3B調(diào)制的藍(lán)光中指向垂直于第三入射側(cè)偏振片59B的方向的分量通過(guò)。第三出射側(cè)偏振片61B沿著與在液晶顯示裝置3B的出射側(cè)基板表面上的液晶分子配向方向相同的方向設(shè)置。更特別地，第三出射側(cè)偏振片61B被設(shè)置以具有與第三出射側(cè)偏振片59B光透射軸垂直的光透射軸，即與第三入射側(cè)偏振片59B具有所謂的正交尼科耳關(guān)系。
液晶投影儀1還包括設(shè)置在已經(jīng)分別被液晶顯示裝置3R、3G和3B空間調(diào)制并分別通過(guò)出射側(cè)偏振片61R、61G和61B的紅光、綠光和藍(lán)光的行進(jìn)光路中彼此相交的位置上的光混合棱鏡78，所述光混合棱鏡混合這些紅光、綠光和藍(lán)光；以及用于朝屏幕投射光混合棱鏡78由此合成的光的投影透鏡79。
已經(jīng)從液晶顯示裝置3R出射并通過(guò)第一出射側(cè)偏振片61R的紅光、已經(jīng)從液晶顯示裝置3G出射并通過(guò)第二出射側(cè)偏振片61G的綠光和已經(jīng)從液晶顯示裝置3B出射并通過(guò)第三出射側(cè)偏振片61B的藍(lán)光入射在光混合棱鏡78上。該光混合棱鏡78混合入射的紅光、綠光和藍(lán)光并從輸出表面78T輸出混合光。
投影透鏡79將來(lái)自光混合棱鏡78的出射面78T的混合光放大投射到屏幕上。
注意到，在上述實(shí)施例中，液晶補(bǔ)償元件60被設(shè)置在液晶顯示裝置3和出射側(cè)偏振片61之間，作為示例，因?yàn)橹糜谝壕э@示裝置3和光學(xué)補(bǔ)償元件60之間的諸如透鏡等光學(xué)元件(若存在的話(huà))將限制光學(xué)補(bǔ)償元件60對(duì)通過(guò)液晶顯示裝置3的光的光學(xué)補(bǔ)償作用。
以下將描述根據(jù)上述功能構(gòu)造的液晶投影儀1從光源51發(fā)出的光被引導(dǎo)至第一和第二微透鏡陣列52和53，在此光的強(qiáng)度均勻分布并且其偏振方向受PS合成樹(shù)脂54的控制，并且光隨后被引導(dǎo)至?xí)弁哥R55。光被會(huì)聚透鏡55會(huì)聚，其紅色分量被第一分色鏡56反射并被引至折轉(zhuǎn)反射鏡57。其他顏色的光，即綠色和藍(lán)色分量光，被允許通過(guò)第一分色鏡56并被引導(dǎo)至第二分色鏡65。
引至折轉(zhuǎn)反射鏡57的紅光的行進(jìn)方向被旋轉(zhuǎn)90度，并被引至僅允許沿預(yù)定方向偏振的紅光分量通過(guò)的第一入射側(cè)偏振片59R，并且通過(guò)第一入射側(cè)偏振片59R的紅光被引導(dǎo)至液晶顯示裝置3R。由此被引導(dǎo)至液晶顯示裝置3R的紅光被微透鏡陣列被會(huì)聚到液晶顯示裝置3R中的每個(gè)像素，這將在下文中予以說(shuō)明，并且根據(jù)對(duì)應(yīng)紅色圖像信息的圖像信號(hào)被空間調(diào)制。另外，紅光進(jìn)一步受到光學(xué)補(bǔ)償元件60R的相位校正，并且紅光中沿垂直于第一入射側(cè)偏振片59R的方向偏振的分量通過(guò)第一出射側(cè)偏振片61R并入射在光混合棱鏡78上。
另一方面，被引導(dǎo)至第二分色鏡65的綠光和藍(lán)光被第二分色鏡65反射并被引導(dǎo)至第二場(chǎng)透鏡58G，并且被引導(dǎo)至第二分色鏡65的藍(lán)光通過(guò)分色鏡并被引導(dǎo)至折轉(zhuǎn)反射鏡66。
被引導(dǎo)至僅允許綠光中沿預(yù)定方向偏振的分量通過(guò)的第一入射側(cè)偏振片59G的綠光，并且通過(guò)第一入射側(cè)偏振片59G的綠光被引導(dǎo)至液晶顯示裝置3G。由此被引導(dǎo)至液晶顯示裝置3G的綠光被微透鏡陣列會(huì)聚到液晶顯示裝置3G中的每個(gè)像素上，這將在下文中予以說(shuō)明，并且根據(jù)對(duì)應(yīng)綠色圖像信息的圖像信號(hào)被空間調(diào)制。另外，綠光進(jìn)一步受到光學(xué)補(bǔ)償元件60G的相位校正，并且綠光中沿垂直于第二入射側(cè)偏振片59G的方向偏振的分量通過(guò)第二出射側(cè)偏振片61G并入射在光混合棱鏡78上。
另一方面，被引導(dǎo)至折轉(zhuǎn)反射鏡66的藍(lán)光被該反射鏡反射并被引導(dǎo)至延遲透鏡67，該延遲透鏡進(jìn)一步將藍(lán)光引導(dǎo)至折轉(zhuǎn)反射鏡68。藍(lán)光被折轉(zhuǎn)反射鏡68反射并因此被引導(dǎo)至第三場(chǎng)透鏡58B。被引導(dǎo)至第三場(chǎng)透鏡58B的藍(lán)光中僅沿預(yù)定方向偏振的分量通過(guò)第三入射側(cè)偏振片59B并被引導(dǎo)至液晶顯示裝置3B。由此被引導(dǎo)至液晶顯示裝置3B的藍(lán)光被微透鏡陣列被會(huì)聚到液晶顯示裝置3B中的每個(gè)像素上，這將在下文中予以說(shuō)明，并且根據(jù)對(duì)應(yīng)藍(lán)色圖像信息的圖像信號(hào)被空間調(diào)制。藍(lán)光中僅沿著垂直于第三入射側(cè)偏振片59B的方向偏振的分量通過(guò)第三出射側(cè)偏振片61B并入射在光混合棱鏡78上。
從光混合棱鏡78相應(yīng)表面入射的紅光、綠光和藍(lán)光被光混合棱鏡混合，并且混合光從出射表面78T朝投影透鏡79行進(jìn)并被投影透鏡79以放大的尺寸投射在屏幕上。
以下參照?qǐng)D4進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明上述液晶顯示裝置3。
液晶顯示裝置3包括玻璃基板12，光L2沿著圖4中箭頭A的方向從入射側(cè)偏振片59入射到玻璃基板12上；由二維設(shè)置在玻璃基板12上的多個(gè)微透鏡21所形成的微透鏡陣列11；覆蓋微透鏡陣列11會(huì)聚側(cè)面的玻璃蓋板13；其上形成有多個(gè)像素電極的像素基板34；以及置于像素基板34和玻璃蓋板13之間的液晶層35。液晶顯示器進(jìn)一步包括分別覆蓋玻璃基板12的入射側(cè)面以及像素基板34的會(huì)聚側(cè)面的防灰塵玻璃29。
在像素基板34的入射側(cè)面上，形成有從底部到頂部規(guī)則設(shè)置的藍(lán)(B)光、紅(R)和綠(G)光像素電極37，以及由用作根據(jù)圖像信號(hào)為每個(gè)像素電極施加電壓的開(kāi)關(guān)元件的TFT等(未示出)形成的黑色矩陣38。每個(gè)TFT具有例如由多晶硅或非晶硅形成的柵極、漏極和源極(未示出)。柵極與垂直于圖4的圖面延伸的地址線(xiàn)相連，源極與垂直于圖4平面延伸的數(shù)據(jù)線(xiàn)相連，而漏極與每個(gè)像素電極37相連。當(dāng)選擇性地為被地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)選定的像素電極施加圖像信號(hào)電壓時(shí)，像素電極37和玻璃基板12之間的液晶層35中的液晶分子的配向發(fā)生改變，從而改變了通過(guò)該液晶分子的光的偏振方向。具體地，像素基板34可與柔性布線(xiàn)板(未示出)相連，以便更容易地施加圖像信號(hào)電壓。
如圖5所示，每個(gè)像素電極37由與微透鏡21的間距P大小相同的像素形成。即，通過(guò)為每個(gè)像素電極的一個(gè)像素設(shè)置一個(gè)微透鏡21，能夠使應(yīng)該不通過(guò)黑色矩陣38的光因?yàn)楸缓谏仃嚪瓷涠?，故能夠提高透射率?br>
液晶層35為基板(未示出)之間填充有液晶分子的透射板。液晶層35根據(jù)從外部施加的對(duì)應(yīng)將要顯示的圖像信息的圖像信號(hào)改變液晶分子的狀態(tài)，并空間調(diào)制微透鏡21所會(huì)聚的光以使其通過(guò)液晶層35。通過(guò)液晶層35的光將通過(guò)像素基板34和防灰塵玻璃29并出射到外部。
例如，利用選擇離子擴(kuò)散方法將微透鏡陣列11形成為折射率漸變透鏡。共同形成微透鏡陣列11的每個(gè)微透鏡21通常被形成為半圓柱形透鏡，其軸垂直于圖面延伸，但所述微透鏡也可以是普通的球面透鏡、曲面透鏡或非球面透鏡。
可按照?qǐng)D6A、6B、6C和6D中所示形成液晶顯示裝置3中包括從形成有微透鏡陣列11的玻璃基板12到玻璃蓋板13的部分。
也就是，玻璃基板12和玻璃蓋板13可由玻璃制成，而微透鏡陣列11可由樹(shù)脂制成，如圖6A所示。同樣，玻璃蓋板13可由玻璃制成，微透鏡陣列11可由樹(shù)脂制成，而玻璃基板12可由樹(shù)脂層91和玻璃層92所替代，如圖6B所示。并且，玻璃蓋板13和微透鏡陣列11的集合體可由玻璃制成，而玻璃基板12可由樹(shù)脂層91和玻璃層92所替代，如圖6C所示。同樣，微透鏡陣列11可由所謂的菲涅耳透鏡、折射率漸變透鏡(grin lens)等形成，而玻璃基板12可由樹(shù)脂層91和玻璃層92所替代，如圖6D所示。
注意到，根據(jù)具體情況，在玻璃蓋板13的表面上形成與液晶層35接觸的鋁(Al)或鉻(Cr)遮光膜。在遮光膜(未示出)上可形成透明的薄導(dǎo)電膜。
防灰塵玻璃29使液晶顯示裝置3表面上的灰塵散開(kāi)。防灰塵玻璃29由光透射率高的材料(如石英)制成，并在其接觸空氣的表面上涂覆AR。
接著，說(shuō)明根據(jù)上述構(gòu)造的液晶顯示裝置3上形成的圖像的對(duì)比度所依賴(lài)的因素。
這些因素中的第一個(gè)就是液晶的視角。光的偏振取決于與液晶層35中填充的液晶分子的配向相關(guān)的光入射角。因?yàn)樵谑┘与妷簳r(shí)液晶分子被保持在基板(未示出)之間且理想地不對(duì)齊，入射在液晶層35上的光沿著光軸方向通過(guò)液晶分子并在從液晶分子出射之前被線(xiàn)性偏振?？墒?，當(dāng)具有極限角的光傾斜入射在液晶層35上時(shí)，該光由于液晶的雙折射而被橢圓偏振，故僅能輸出部分應(yīng)當(dāng)輸出的光，進(jìn)而降低了圖像對(duì)比度。
第二個(gè)因素是所謂的通過(guò)疇(domain)的光泄漏。圖4中所示的透射型液晶顯示裝置3主要由所謂的“1H反向驅(qū)動(dòng)方法”所驅(qū)動(dòng)。1H反向驅(qū)動(dòng)是指在像素基板34入射側(cè)表面上從底部到頂部于間隔的陣列中寫(xiě)入像素。因?yàn)闃O性彼此相反的電壓被施加給像素電極37上相互垂直鄰近的像素，故在相鄰像素之間產(chǎn)生電場(chǎng)，使得電場(chǎng)附近的液晶分子未對(duì)準(zhǔn)。未對(duì)準(zhǔn)的液晶分子被稱(chēng)作“疇”。通過(guò)疇的光被橢圓偏振，而這是引起圖像對(duì)比度顯著下降的因素。
圖7示出了液晶層中液晶分子的配向?qū)Ξ牭囊蕾?lài)性的模擬結(jié)果。在該模擬中，基于像素電極34a已經(jīng)被施加有+5V電壓而像素電極34b已經(jīng)被施加有-5V電壓并且與這些像素電極34相對(duì)的相對(duì)電極41被施加以+7.5V電壓的假定，進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)液晶層35置于像素電極34和相對(duì)電極41之間。
如圖7所示，透射光的強(qiáng)度St表示當(dāng)具有0度極限角的光入射在置于入射側(cè)偏振片59和出射側(cè)偏振片61之間的液晶層3上時(shí)，通過(guò)出射側(cè)偏振片61的光強(qiáng)。因?yàn)橥ㄟ^(guò)未對(duì)準(zhǔn)液晶分子的光包含橢圓偏振分量，故其能通過(guò)出射側(cè)偏振片(未示出)。因此，通過(guò)已經(jīng)發(fā)生疇的區(qū)域的光的強(qiáng)度St較大。圖8示出了沿圖7中箭頭B觀看疇是如何產(chǎn)生的二維示意圖。如圖所示，疇39發(fā)生在黑色矩陣38上及其附近。疇39根據(jù)摩擦方向等形成在不同的位置。疇根據(jù)像素電極34的大小形成在像素開(kāi)口區(qū)域44的附近。應(yīng)當(dāng)注意到，在該模擬中，像素間距P1為16μm并且像素開(kāi)口區(qū)域44與一個(gè)像素的面積比(以下稱(chēng)作“TFT開(kāi)口率”)為60％。如圖6所示，疇發(fā)生在距離像素端部大約3.5μm的范圍W1內(nèi)。
在液晶視角和通過(guò)疇的光泄漏這兩個(gè)降低圖像對(duì)比度的因素中，能夠改善前者，因?yàn)橥ㄟ^(guò)設(shè)置光學(xué)補(bǔ)償元件60能夠補(bǔ)償液晶層的相位差。因此，可以知曉對(duì)于在本實(shí)施例中，倘若液晶層3設(shè)置在其中配有光學(xué)補(bǔ)償元件60的液晶投影儀1中，那么通過(guò)疇的光泄漏就是決定低圖像對(duì)比度的因素。因此，倘若液晶投影儀1具有光學(xué)補(bǔ)償元件60和設(shè)置在其中的液晶層3，那么可通過(guò)微透鏡設(shè)計(jì)值的優(yōu)化減少入射在疇上的光來(lái)進(jìn)一步改善對(duì)比度。
根據(jù)本實(shí)施例，基于將在設(shè)有光學(xué)補(bǔ)償元件60的液晶投影儀1中設(shè)置微透鏡陣列的假設(shè)，微透鏡陣列11等的形狀按照下述進(jìn)行優(yōu)化，以便改善對(duì)比度。
在設(shè)計(jì)微透鏡21的過(guò)程中，通常必須主要確定兩個(gè)參數(shù)，即焦距f和表面覆蓋層厚度Ts。表面覆蓋層厚度Ts是在微透鏡21的主表面H和玻璃蓋板13的會(huì)聚側(cè)表面13a之間所測(cè)量的厚度。具體地，主表面H對(duì)應(yīng)微透鏡的頂點(diǎn)，如圖9所示。
由以下等式(1)給出焦距ff＝r/Δn(1)其中，r為透鏡表面的曲率半徑，Δn為微透鏡陣列11和玻璃基板12之間的折射率差。
通過(guò)確定上述兩個(gè)參數(shù)，即焦距和表面覆蓋層厚度Ts，能夠自由地控制通過(guò)微透鏡陣列11的光L的角度和光束強(qiáng)度。
關(guān)于本實(shí)施例的微透鏡陣列11，根據(jù)以下方式確定這些參數(shù)首先，按照?qǐng)D7和8所示，模擬液晶層35中疇的產(chǎn)生。
接著，通過(guò)在包括液晶層35的液晶投影儀1的光學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)行光追蹤模擬，確定像素開(kāi)口區(qū)域44中的光強(qiáng)分布。即，根據(jù)光追蹤的結(jié)果優(yōu)化微透鏡陣列11中包含的微透鏡21的設(shè)計(jì)值，從而沒(méi)有光進(jìn)入根據(jù)疇發(fā)生模擬所確定的區(qū)域W1(在圖8所示的實(shí)例中，距離像素端部大約3.5μm的范圍)。
圖10利用以下等式(2)中以0.25間距設(shè)置的點(diǎn)X和Y所形成的矩陣，示出了在像素間距PP1(微透鏡的間距)為16μm并且疇發(fā)生的區(qū)域離像素端部為3.5μm的情況下，微透鏡21的焦距與表面覆蓋層厚度Ts的光追蹤模擬結(jié)果X＝Ts/PY＝f/P(2)在圖10所示的X-Y坐標(biāo)系中，每個(gè)小的白色圓點(diǎn)表示符合沒(méi)有光入射在疇發(fā)生區(qū)域上的要求的點(diǎn)，而每個(gè)小的黑色原點(diǎn)表示不符合所述要求的點(diǎn)。對(duì)于上述優(yōu)化的結(jié)果，在坐標(biāo)(X，Y)處于X-Y坐標(biāo)系中以下點(diǎn)組所圍繞的區(qū)域內(nèi)的情況下，滿(mǎn)足所述要求并由此沒(méi)有光入射在疇發(fā)生的區(qū)域上(0.75，1.00)、(0.75，1.25)、(1.00，1.75)、(1.75，2.50)、(2.25，2.50)、(2.25，2.00)、(1.50，1.25)、(1.00，1.00)。
應(yīng)當(dāng)知曉，在上述條件下設(shè)計(jì)的微透鏡21所形成的微透鏡陣列11的焦距比前面提及的1996年日本專(zhuān)利公開(kāi)No.86901中披露的微透鏡陣列的設(shè)計(jì)值短。通常，焦距越短，微透鏡將整形光束使其具有更細(xì)的束腰，進(jìn)而改善圖像對(duì)比度。
同樣，像素間距P越小，疇的影響就變得越大。因此，本發(fā)明的效果就越大。像素間距P越小，疇發(fā)生的區(qū)域比例就變得越大，根據(jù)光追蹤模擬結(jié)果的證明，像素間距P小于14μm時(shí)，上述情況將變得更明顯。應(yīng)當(dāng)注意到，當(dāng)疇發(fā)生的區(qū)域離像素端部的距離k在像素間距P的1/3至1/5范圍內(nèi)時(shí)，本發(fā)明更有效。
因?yàn)楦鶕?jù)前述等式(2)優(yōu)化微透鏡21的焦距f和表面覆蓋層厚度Ts，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微透鏡陣列11能夠減少入射在疇上的光并進(jìn)而限制圖像對(duì)比度由于通過(guò)疇的光泄漏而引起的下降。
特別地，通過(guò)按照本實(shí)施例在配有光學(xué)補(bǔ)償元件60的液晶投影儀1中設(shè)置微透鏡陣列11，能夠限制對(duì)比度關(guān)于液晶視角的降低以及由于通過(guò)疇的光泄漏所引起的對(duì)比度的降低，并由此提供高對(duì)比度、清晰的圖像。
在主要用于會(huì)議等顯示的投影儀中，至今為止主要考慮的事項(xiàng)是圖像亮度而非圖像對(duì)比度。另一方面，在用于觀看電影的投影儀中，一直強(qiáng)烈要求提高清晰圖像的對(duì)比度以及圖像亮度。根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)高亮度和高對(duì)比度。例如，根據(jù)本發(fā)明的液晶投影儀1能夠用于觀看電影，甚至是在明亮的房間內(nèi)，并由此分別用作家用投影儀。
具體地，微透鏡21的焦距f可通過(guò)利用諸如蝕刻的技術(shù)改變曲率半徑或通過(guò)改變微透鏡21和玻璃基板12之間的折射率差來(lái)調(diào)節(jié)。本發(fā)明可采用這些調(diào)節(jié)焦距f的技術(shù)中的任一種。微透鏡21的透鏡表面旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)并由基于三維坐標(biāo)系(x，y，z)的以下等式(3)所確定，其中z表示平行于光軸的平面Z=Cr21+1-(k+1)C2r2---(3)]]>其中，C為微透鏡21的曲率(＝1/曲率半徑)，k為非球面常數(shù)，并且r表示距微透鏡21的中心的坐標(biāo)。
注意到，當(dāng)微透鏡21和玻璃基板12之間的折射率差為0.2或更大時(shí)，能夠更容易地按照所需形成微透鏡21。同樣，非球面常數(shù)k也包含在微透鏡21的參數(shù)內(nèi)。當(dāng)非球面常數(shù)k為零時(shí)，微透鏡21是球面的。在此情況中，曲率半徑的自由度較低。因此，期望微透鏡21的非球面常數(shù)k是零之外的所需值。換句話(huà)說(shuō)，期望微透鏡21由非球面透鏡形成。
作為實(shí)例，之前已經(jīng)提出了透射型液晶顯示裝置3?？墒?，本發(fā)明并不限于這樣的液晶顯示器，但有效地用于反射型液晶顯示器。
接著，詳細(xì)解釋根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的液晶投影儀1。
圖11A示出了當(dāng)其中設(shè)有按照上述設(shè)計(jì)的微透鏡陣列11的液晶顯示裝置3被設(shè)置在本發(fā)明的液晶投影儀1中時(shí)，一個(gè)像素內(nèi)光強(qiáng)分布的模擬結(jié)果。
在以下條件下實(shí)現(xiàn)上述模擬-光波長(zhǎng) 550nm-入射在液晶顯示裝置3上的光的最大極限角 9度-液晶顯示器中的像素間距 16μm-TFT中開(kāi)口區(qū)域的比例60％-焦距f34.0μm-表面覆蓋層厚度22.6μm按照?qǐng)D6A中所示構(gòu)造微透鏡陣列11、玻璃基板12和玻璃蓋板13。利用公知的光刻技術(shù)形成微透鏡陣列11。利用石英(折射率為1.46)形成玻璃基板12。利用具有1.70折射率的樹(shù)脂形成微透鏡陣列11。
另外，圖11B示出了微透鏡陣列21和常規(guī)微透鏡之間像素中光強(qiáng)分布的比較結(jié)果，所述常規(guī)微透鏡的焦距為34.0μm并且表面覆蓋層厚度為22.6μm。
在根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置3中，根據(jù)圖11A中所示的模擬結(jié)果，沒(méi)有光入射在其中發(fā)生疇的區(qū)域W1(距離像素端部3.5μm更少)上。
圖12示出了在本發(fā)明的液晶投影儀1中設(shè)有液晶顯示裝置3時(shí)，進(jìn)行的測(cè)量對(duì)比度模擬的結(jié)果，在所述液晶顯示器中設(shè)有按照以下設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)的微透鏡21。
以下為用于測(cè)量對(duì)比度模擬的條件-入射在液晶顯示裝置3上的光的最大極限角 9度-投影透鏡79的F值1.5-液晶顯示器中像素間距13μm按照?qǐng)D6A中所示構(gòu)造微透鏡陣列11、玻璃基板12和玻璃蓋板13。利用公知的光刻技術(shù)形成微透鏡陣列11。利用石英(折射率為1.46)形成玻璃基板12。利用具有1.70折射率的樹(shù)脂形成微透鏡陣列11。在X為1.8至2.5以及Y為0.8至1.5的條件下實(shí)驗(yàn)地制造微透鏡21。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置3中，在滿(mǎn)足上述等式(2)的區(qū)域內(nèi)，對(duì)比度高，如圖12所示。
在上述中，參照附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的作為實(shí)例的一些優(yōu)選實(shí)施例?？墒牵绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例，并在不脫離所附權(quán)利要求闡述和限定的范圍和精神的情況下，能夠以各種方式修改、以各種其他形式可選地構(gòu)造或具體化上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種在基板上二維設(shè)置多個(gè)微透鏡的微透鏡陣列，其中微透鏡的焦距f與從微透鏡的主表面到光入射其上的基板表面之間的距離Ts滿(mǎn)足以下關(guān)系X＝Ts/PY＝f/P其中，P為微透鏡的間距，而(X，Y)處于由點(diǎn)組(0.75，1.00)、(0.75，1.25)，(1.00，1.75)、(1.75，2.50)、(2.25，2.50)、(2.25，2.00)、(1.50，1.25)、(1.00，1.00)所圍繞的X-Y坐標(biāo)系中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微透鏡陣列，其中，以14μm或更小的間距設(shè)置微透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微透鏡陣列，其中，微透鏡與基板具有0.2的折射率差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微透鏡陣列，其中，微透鏡由非球面透鏡形成。
5.一種液晶顯示器，包括其上形成有像素電極的像素基板，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)為像素電極施加信號(hào)電壓；具有相對(duì)電極的相對(duì)基板，該相對(duì)電極與像素電極相對(duì)設(shè)置，且液晶層置于所述相對(duì)電極和像素電極之間；以及在相對(duì)基板上二維設(shè)置多個(gè)微透鏡的微透鏡陣列；微透鏡的焦距f與從微透鏡的主表面到光入射其上的基板表面之間的距離Ts滿(mǎn)足以下關(guān)系X＝Ts/PY＝f/P其中P為微透鏡的間距，而(X，Y)處于由點(diǎn)組(0.75，1.00)、(0.75，1.25)、(1.00，1.75)、(1.75，2.50)、(2.25，2.50)、(2.25，2.00)、(1.50，1.25)、(1.00，1.00)所圍繞的X-Y坐標(biāo)系中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液晶顯示器，其中，以14μm或更小的間距設(shè)置微透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液晶顯示器，其中，微透鏡與基板具有0.2的折射率差。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液晶顯示器，其中，微透鏡由非球面透鏡形成。
9.一種投影型顯示器，包括光源；用于將光源發(fā)出的光束會(huì)聚在預(yù)定光路上的照明光學(xué)系統(tǒng)；對(duì)照明光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚的光束進(jìn)行光學(xué)調(diào)制的液晶板；和用于以放大的比例投射經(jīng)過(guò)液晶單元光學(xué)調(diào)制的光束的投影透鏡；照明光學(xué)系統(tǒng)包括在基板上二維設(shè)置有多個(gè)微透鏡的微透鏡陣列，并且微透鏡的焦距f與從微透鏡的主表面到光入射其上的基板表面之間的距離Ts滿(mǎn)足以下關(guān)系X＝Ts/PY＝f/P其中P為微透鏡的間距，而(X，Y)處于由點(diǎn)組(0.75，1.00)、(0.75，1.25)、(1.00，1.75)、(1.75，2.50)、(2.25，2.50)、(2.25，2.00)、(1.50，1.25)、(1.00，1.00)所圍繞的X-Y坐標(biāo)系中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的投影型顯示器，其中，以14μm或更小的間距設(shè)置微透鏡。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的投影型顯示器，其中，微透鏡與基板具有0.2的折射率差。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的投影型顯示器，其中，微透鏡由非球面透鏡形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的投影型顯示器，其中，進(jìn)一步包括分別設(shè)置在液晶單元的入射側(cè)和出射側(cè)處的第一和第二偏振片；偏振控制裝置，其用于控制第一偏振片以允許照明光學(xué)系統(tǒng)所會(huì)聚的光束的第一偏振分量通過(guò)并且從而被引導(dǎo)至液晶單元，并控制第二偏振元件以允許來(lái)自液晶單元的光束的第二偏振分量通過(guò)并且從而被引導(dǎo)至投射透鏡；以及設(shè)置在第二偏振片和液晶板之間并包括用于調(diào)節(jié)光束相位差的光學(xué)各向異性元件的相位差補(bǔ)償裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有二維設(shè)置在基板上的多個(gè)微透鏡(21)的微透鏡陣列(11)。微透鏡(21)的焦距f與從微透鏡(21)的主表面到基板的會(huì)聚側(cè)表面之間的距離Ts滿(mǎn)足以下表達(dá)式X＝Ts/
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1973216SQ20058002099
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月23日
發(fā)明者渡邊真也, 前澤昌平, 古家知喜, 栗田俊兒 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社